Uma equipe de cientistas forneceu informações sobre os mecanismos em funcionamento em reservatórios geotérmicos localizados nas profundezas do subsolo, conhecidos como reservatórios supercríticos. Através de uma combinação de simulações computacionais e experiências de laboratório, mostraram que as rochas localizadas entre cinco e oito quilómetros de profundidade na crosta terrestre também são permeáveis a fluidos.
A geologia é um campo com muitas questões sem resposta. E quanto mais fundo você cava na crosta terrestre, mais você se aventura em território desconhecido, à medida que a rocha se torna cada vez mais escondida e difícil de alcançar. O buraco mais profundo do mundo fica na Península de Kola, na Rússia, e se estende por 12 quilômetros – mas isso é menos de 25% da profundidade média da crosta continental. E embora os geólogos tenham conseguido escavar tão longe, é quase impossível fazer medições a tais profundidades. É por isso que muitos cientistas estão trabalhando para replicar as condições dentro dos seus laboratórios de pesquisa. Esse é o método que Gabriel Meyer, pós-doutorado no Laboratório de Mecânica Experimental das Rochas (LEMR) da EPFL, escolheu usar em sua pesquisa. Ele está analisando especificamente as mudanças que ocorrem nas rochas sob condições supercríticas. “Os cientistas observaram uma transição no comportamento mecânico das rochas em profundidades extremas”, diz ele. “Eu queria entender o que está acontecendo, já que não podemos observar o processo em campo.” Sua tarefa ficou mais fácil graças a um novo instrumento desenvolvido no LEMR que pode replicar as condições de pressão e temperatura nessas profundidades. A professora Marie Violay, chefe do LEMR, e seu grupo de pesquisa levaram quase seis anos para criar este equipamento. As primeiras descobertas possibilitadas pelo instrumento acabam de ser publicadas em Comunicações da Natureza.
Água a mais de 400°C
Os reservatórios geotérmicos com água supercrítica – ou água com temperaturas acima de 400°C – são a próxima fronteira da energia geotérmica. Os engenheiros têm explorado o potencial deste recurso natural em diferentes partes do mundo durante os últimos 15 anos, uma vez que poderia aumentar a produção de energia por um factor de dez em relação às centrais geotérmicas convencionais (que fornecem calor mais perto da superfície). Os reservatórios supercríticos estão localizados a aproximadamente 10 quilômetros de profundidade e o truque é alcançá-los. Os primeiros testes conclusivos da tecnologia geotérmica supercrítica foram realizados inteiramente em regiões vulcânicas, onde temperaturas supercríticas podem ser encontradas a profundidades de 5 quilómetros.
Quando você chega perto da marca dos 10 quilômetros, a rocha não se fratura mais, mas se deforma uniformemente, como caramelo macio, e seu comportamento se torna complexo. A deformação ocorre ao nível das estruturas cristalinas do grão. Eu queria descobrir se a água poderia circular dentro da rocha que fez a transição para esta forma dúctil incomum.
Gabriel Meyer, pós-doutorado no Laboratório de Mecânica Experimental das Rochas (LEMR) da EPFL
A água supercrítica não é um gás nem um líquido, mas está em um estado que permite a extração de grandes quantidades de energia. As propriedades mecânicas da rocha também mudam sob tais condições. Embora a rocha próxima à superfície possa ser frágil e conter uma série de microfraturas, ela se torna dúctil em grandes profundidades. “Quando se chega perto da marca dos 10 quilómetros, a rocha já não fratura, mas deforma-se uniformemente, como caramelo macio, e o seu comportamento torna-se complexo”, diz Meyer. “A deformação ocorre ao nível das estruturas cristalinas do grão. Eu queria descobrir se a água poderia circular dentro da rocha que fez a transição para esta forma dúctil incomum.”
Imagens 3D
Para medir a permeabilidade das rochas, Meyer e seus colegas transformaram amostras de granito de frágeis em dúcteis, expondo-as às mesmas condições de temperatura e pressão encontradas nas profundezas da crosta terrestre. O instrumento LEMR funciona exercendo pressão sobre uma amostra de rocha e deformando-a com um pistão. Tanto a temperatura como a pressão aumentam gradualmente, simulando as condições entre algumas centenas de metros e vários quilómetros no subsolo. Em seguida, a equipe de pesquisa usou um síncrotron para produzir varreduras 3D das amostras deformadas, permitindo visualizar a permeabilidade.
“Os geólogos pensaram durante muito tempo que o ponto de transição frágil para dúctil era o limite inferior para a circulação da água na crosta terrestre”, diz Meyer. “Mas mostramos que a água também pode circular em rochas dúcteis. Esta é uma descoberta altamente promissora que abre novos caminhos de pesquisa em nosso campo.”
Referências
Gabriel G. Meyer, Ghassan Shahin, Benoît Cordonnier e Marie Violay, “Partição de permeabilidade através da transição frágil para dúctil e suas implicações para reservatórios geotérmicos supercríticos”, Nature Communications, setembro de 2024
